B-Sınıfı Push-Pull Yükselteç

B sınıfı çalışmada transistörlerin her ikisi de kesime (cut-off) bayaslanır. Şimdi düşünelim. Tek transistörlü bir yükselteci kesime bayaslarsak giriş sinyalinin sadece pozitif bölümlerini yükseltecekti. Negatif bölümlerinde ise transistör kesimde kalacaktı. Aslında B-Sınıfı yükselteçlerde transistörlerin her ikisi aynı anda çalışmaz. Giriş sinyalinin pozitif bölümünde biri negatif bölümünde ise diğeri çalışır. Aslında transistörlerin her ikisi de NPN olduğuna göre ikinci transistör nasıl oluyor da negatif bölümde çalışıyor? Çünkü negatif bölüm girişteki trafo yardımı ile pozitif şekle dönüştürülüyor. Aşağıda Transformatör kuplajlı B-Sınıfı bir yükselteç şekli görülmektedir.

Vi giriş sinyali ortası sıfırlı (center tapped) giriş trafosu üzerinden, iki eşdeğer NPN transistör çifti üzerine uygulanmıştır. Ortası sıfırlı giriş trafosu, ters fazlı iki giriş sinyali sağlar. Şekildeki trafonun üzerindeki siyah noktalar trafonun sarım yönünü göstermektedir. Dikkat edilirse trafonun sekonderinin üst ucu noktalı alt ucu noktasız durumda. Primerinin ise üst ucu noktalı. Bunun anlamı primer de üst uç pozitif olursa sekonder de üst uç pozitif alt uç negatif olacaktır. Primer de üst uç negatif olduğunda sekonder de üst uç negatif alt uç pozitif olacaktır.

R_L yük direnci güç transistörlerinin kollektörlerine ortası sıfırlı bir çıkış trafosu ile bağlanmıştır. Bu devrelerde trafo kullanılması; distorsiyon, bant genişliği, verim yönünden mahsurludur. Fakat diğer taraftan yük direncinin empedansının kollektör empedansına uydurulmasını sağlamaktadır.

Giriş sinyali bulunmadığı zaman (DC çalışma yada sessizlik durumu) her iki transistörün de beyz ve emitör bayaslaması toprak potansiyelinde olacaktır. Bu durumda her iki transistör kesim durumunda kalacaktır. Giriş sinyali pozitife gittiği zaman Q₁ transistörü düz bayaslanarak iletime geçecek Q₂ transistörü iyice ters bayaslanacağı için kesimde kalacaktır. Q₁ transistörü iletime geçtiği zaman çıkış trafosunun üst yarısı üzerinden İ_c1 akımı akacaktır. Giriş sinyalinin negatif olduğunda Q₂ transistörü iletime geçecek, Q₁ kesimde kalacaktır. Q₂ nin iletime geçmesi ile çıkış trafosunun alt yarısı üzerinden İ_c2 akımı akacaktır. Böylece giriş sinyalinin pozitif kısımlarında Q₁ transistörü, giriş sinyalinin negatif kısımlarında ise Q₂ transistörü yükseltme işini yapacaktır. Aşağıdaki şekilde transistörlerin çalışması zamana bağlı grafiklerle de gösterilmiştir.

Şimdi, maksimum kollektör kaybını ve maksimum verimin hangi şartlarda oluştuğunu açıklayacağım. DC çalışma konumunda (Hiç sinyal girişi olmadığı zaman) her iki transistör de kesimde kaldığı için hiçbir kollektör akımı akmayacak, bu durumda da hiçbir kollektör kaybı olmayacaktır. Vi giriş sinyali uygulandığı zaman, V_cc besleme geriliminden çekilen akım yukarıdaki şekli “d” bölümündeki gibi olacaktır. I_max, İ_c1ve İ_c2 kollektör akımlarının tepe değerlerini temsil ettiğine göre, toplam akımın RMS değeri;

I_rms = (2 / pi) x I_max

Voltaj kaynağı V_cc tarafından sağlanan güç P_cc;

P_cc = (2 / pi) x V_cc x I_m

P_cc = (2 x V_cc²) / (pi x R_L‘)

yazılır. I_max değeri, kollektör akımını temsil eden (ya da primer yük akımı), yük üzerine gönderilen güç;

P_L = R_L‘ x Irms² = 0,5 x R_L x Imax²

Q₁ ve Q₂ transistörlerinin kollektör – emitör arası gerilimler;

V_ce1 = V_cc – İ_c1 x R_L‘

V_ce2 = V_cc – İ_c2 x R_L‘

formülleri ile belirlenir. Çıkış trafosunun primer sargılarının dirençlerini ihmal edilebilir kabul edersek trafonun primer sargılarında ulaşılacak en büyük gerilim değeri V_ccdeğerine eşit olacaktır. Bu nedenle yük üzerine gönderilecek maksimum güç;

P_lmax = 0,5 x V_cc² / R_L‘ = 0,5 x V_cc x I_max

ile bulunur.

B-Sınıfı güç yükseltecinin maksimum teorik verimi;

Verim = P_L/P_cc buradaki değerleri yerine koyup sadeleştirirsek

Verim = 0,785 ya da %78,5

B-Sınıfı güç yükselteci tarafından sağlanacak maksimum çıkış gücü;
1. Belirlenen maksimum kollektör akımı
2. Kollektör gerilimi

tarafından sınırlanır.

Bazı durumlarda da transistörün kollektör kaybı tarafından belirlenmektedir. Şimdi bu iki durumu inceleyelim.

Maksimum kollektör-emitör gerilimi V_ce(max) ve maksimum kollektör akımı I_c(max)transistör kataloglarında belirtilir. Yukarıdaki devre şemasında Q₁ transistörü göz önüne alınırsa iletime geçtiğinde transistörün kollektör akımı i_c1 çıkış trafosunun alt yasına -v₂ gerilimi indükler. V₁ = -v₂ olduğundan ve bu gerilim maksimum besleme gerilimine ulaşabildiğinden, kollektör-emitör arası gerilim V_ce(max) en az 2 x V_ccdeğerini alıncaya kadar transistör dayanabilmelidir. Yani transistörlerin V_ce(max)değerleri besleme gerilimini en az iki katı yada daha fazlası olmalıdır. V_ce(max)değerini kullanarak yük üzerine gönderilecek maksimum güç değerini veren formül;

P_L = V_ce(max) x I_c(max) / 4

Bu formül bir güç transistörünün maksimum gerilim ve akım değerlerini aşmadan B-Sınıfı bir yükselteç de vereceği maksimum gücü verir.

İkinci durumda, maksimum çıkış gücü, transistörün maksimum kollektör kaybı ile sınırlıdır. B sınıfı yükselteçte DC çalışma şartlarında i_c1 = i_c2 = 0 olduğu için her transistörün kollektör kaybı sıfırdır. Bu nedenle maksimum kollektör kaybı girişe sinyal uygulandığı anda meydana gelir. (daha açık olarak B sınıfı yükselteç de girişe sinyal uygulanmadan çıkış transistörlerinden akım akmaz ve ısınmazlar.) Girişe sinyal uygulandığında ani kollektör kaybı;

P_c = V_ce x İ_c

İle tarif edilir.

Q noktası AC yük doğrusu üzerinde V_ce = V_cc‘ x I_c = Q noktasından, V_ce = 0, I_c = I noktaları arasında hareket ettikçe, V_ce, İ_c ve P_c değerlerinin ani değerleri de bu çizgi üzerinde noktadan noktaya değişecektir. P_c gücünün maksimum değeri, Ac yük doğrusunun, izin verilen maksimum kollektör kaybı eğrisine teğet olduğu noktada oluşur. Teğet noktası V_ce = V_cc / 2 ve I_c= I / 2 değerleri ile belirlenir.

Bu eşitliklerden her transistörün maksimum kollektör kaybının eşit olduğunu ve değerinin;

P_c(max) = (V_cc / 2) x (1 / 2)

P_c(max) = V_cc² / (4 x R_L‘)

olduğunu hesaplayabiliriz.

Şimdi A-Sınıfı bir yükselteçle B-Sınıfı bir yükselteci çıkışları bakımında karşılaştıracak olursak, sinüs giriş sinyali için B-Sınıfı bir yükselteç A-Sınıfı yükseltece göre iki kat fazla güç verir.